本发明涉及一种天线结构(antennastructure)，特别是涉及一种宽频(wideband)天线结构。
背景技术：
：：随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2g、3g、lte(longtermevolution)系统及其所使用700mhz、850mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz、2100mhz、2300mhz以及2500mhz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：wi-fi、bluetooth系统使用2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz的频带进行通讯。为了追求造型美观，现今设计者常会在移动装置中加入金属元件的要素。然而，新增的金属元件却容易对于移动装置中支持无线通讯的天线产生负面影响，进而降低移动装置的整体通讯品质。因此，有必要提出一种全新的移动装置和天线结构，以克服传统技术所面临的问题。技术实现要素：在优选实施例中，本发明提供一种天线结构，包括：一金属机构件，具有一槽孔；一接地元件，耦接至该金属机构件；一馈入辐射部，耦接至一信号源，其中该馈入辐射部延伸跨越该槽孔；一耦合部，邻近于该馈入辐射部，其中该馈入辐射部和该耦合部之间形成一耦合间隙；一介质基板，其中该馈入辐射部和该耦合部都设置于该介质基板上；以及一切换电路，包括：一第一金属部，耦接至该耦合部；一电抗元件，内嵌于该第一金属部中；一第二金属部；一电容器，其中该第二金属部经由该电容器耦接至该接地元件；以及一二极管，耦接于该第一金属部和该第二金属部之间，其中该二极管根据一控制电压来选择性地导通或不导通。在一些实施例中，该金属机构件为一移动装置的一金属背盖。在一些实施例中，该槽孔为一闭口槽孔，并具有一第一闭口端和一第二闭口端。在一些实施例中，该接地元件为一接地铜箔，并由该金属机构件上延伸至该介质基板上。在一些实施例中，该馈入辐射部呈现一直条形。在一些实施例中，该馈入辐射部具有一不等宽结构。在一些实施例中，该馈入辐射部包括一较窄部分和一较宽部分，该较宽部分于该金属机构件上具有一垂直投影，而该垂直投影与该槽孔至少部分重叠。在一些实施例中，该馈入辐射部还包括一第一突出部分，该第一突出部分耦接至该信号源的一正极，该接地元件还包括一第二突出部分，而该第二突出部分耦接至该信号源的一负极。在一些实施例中，该馈入辐射部的该第一突出部分耦接至该馈入辐射部的该较窄部分。在一些实施例中，该耦合部具有一蜿蜒结构。在一些实施例中，该二极管具有一阳极和一阴极，该阳极耦接至该第一金属部，而该阴极耦接至该第二金属部。在一些实施例中，该第一金属部和该第二金属部各自呈现一直条形。在一些实施例中，该第一金属部和该第二金属部用于接收该控制电压。在一些实施例中，当该控制电压变小时，该二极管不导通且该天线结构涵盖一第一频率区间，而当该控制电压变大时，该二极管导通且该天线结构涵盖高于该第一频率区间的一第二频率区间。在一些实施例中，该天线结构具有一操作频带，而该操作频带介于2400mhz至2500mhz之间，或(且)介于5150mhz至5850mhz之间。在一些实施例中，该槽孔的长度等于该操作频带的最低频率的0.5倍波长。在一些实施例中，该馈入辐射部的长度等于该操作频带的最低频率的0.25倍波长。在一些实施例中，该耦合部的长度等于该操作频带的最低频率的0.25倍波长。在另一优选实施例中，本发明提供一种天线结构，包括：一金属机构件，具有一槽孔；一接地元件，耦接至该金属机构件；一馈入辐射部，耦接至一信号源，其中该馈入辐射部延伸跨越该槽孔；一耦合部，邻近于该馈入辐射部，其中该馈入辐射部和该耦合部之间形成一耦合间隙；一介质基板，其中该馈入辐射部和该耦合部都设置于该介质基板上；以及一切换电路，包括：一第一金属部，耦接至该耦合部；一第一电阻器，内嵌于该第一金属部中；一第二金属部；一第二电阻器，内嵌于该第二金属部中；以及一双极性接面晶体管，根据一控制电压来进行操作，其中该双极性接面晶体管具有一射极、一基极，以及一集极，该射极耦接至该接地元件，该基极耦接至该第二金属部，而该集极耦接至该第一金属部。在另一优选实施例中，本发明提供一种移动装置，包括：一金属机构件，具有一槽孔；一接地元件，耦接至该金属机构件；一馈入辐射部，耦接至一信号源，其中该馈入辐射部延伸跨越该槽孔；一耦合部，邻近于该馈入辐射部，其中该馈入辐射部和该耦合部之间形成一耦合间隙；一介质基板，其中该馈入辐射部和该耦合部都设置于该介质基板上；以及一切换电路，包括：一第一金属部，耦接至该耦合部；一电感器，内嵌于该第一金属部中；一第二金属部；一电容器，其中该第二金属部经由该电容器耦接至该接地元件；以及一二极管，耦接于该第一金属部和该第二金属部之间，其中该二极管根据一控制电压来选择性地导通或不导通；其中该金属机构件、该接地元件、该馈入辐射部、该耦合部、该介质基板，以及该切换电路共同形成一天线结构。附图说明图1a为本发明一实施例所述的天线结构的俯视图；图1b为本发明一实施例所述的天线结构的剖视图；图2a为本发明一实施例所述的天线结构的电压驻波比图；图2b为本发明另一实施例所述的天线结构的电压驻波比图；图3为本发明一实施例所述的天线结构的辐射效率图；图4为本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图；图5为本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图；图6为本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图；图7为本发明一实施例所述的移动装置的示意图。符号说明100、400、500、600、750～天线结构；110～金属机构件；120～槽孔；121～槽孔的第一闭口端；122～槽孔的第二闭口端；130～接地元件；135～接地元件的第二突出部分；140～馈入辐射部；141～馈入辐射部的第一端；142～馈入辐射部的第二端；143～馈入辐射部的较窄部分；144～馈入辐射部的较宽部分；145～馈入辐射部的第一突出部分；150、450～耦合部；151、451～耦合部的第一端；152、452～耦合部的第二端；160～介质基板；170、570、670～切换电路；180、580、680～第一金属部；181、681～第一金属部的第一部分；182、682～第一金属部的第二部分；185～电抗元件；190、590、690～第二金属部；650～双极性接面晶体管；691～第二金属部的第一部分；692～第二金属部的第二部分；199～信号源；700～移动装置；c～电容器；cc1～第一曲线；cc2～第二曲线；d～二极管；e1～介质基板的第一表面；e2～介质基板的第二表面；fp～馈入点；fv1～第一频率区间；fv2～第二频率区间；gc1～耦合间隙；gp～接地点；l～电感器；l1、l2、l3、l4、l5～长度；lc1～剖面线；r1～第一电阻器；r2～第二电阻器；vd～控制电压；w1、w2～宽度。具体实施方式为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电连接至该第二装置。图1a显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的俯视图。图1b显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的剖视图(沿图1a的一剖面线lc1)。请一并参考图1a、图1b。天线结构100可应用于一移动装置(mobiledevice)，例如：一智能型手机(smartphone)、一平板计算机(tabletcomputer)，或是一笔记型计算机(notebookcomputer)。在图1a、图1b的实施例中，天线结构100至少包括：一金属机构件(metalmechanismelement)110、一接地元件(groundelement)130、一馈入辐射部(feedingradiationelement)140、一耦合部(couplingelement)150、一介质基板(dielectricsubstrate)160，以及一切换电路(switchablecircuit)170，其中接地元件130、馈入辐射部140，以及耦合部150都可用金属材料制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。金属机构件110可以是移动装置的一金属外壳(metalhousing)。在一些实施例中，金属机构件110为一笔记型计算机的一金属上盖(metaluppercover)，或为一平板计算机的一金属背盖(metalbackcover)，但也不仅限于此。金属机构件110具有一槽孔120，其中金属机构件110的槽孔120可大致呈现一直条形。详细而言，槽孔120属于一闭口槽孔(closedslot)，其具有互相远离的一第一闭口端(closedend)121和一第二闭口端122。天线结构100还可包括一非导体材质，其填充于金属机构件110的槽孔120中。介质基板160可以是一fr4(flameretardant4)基板、一印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)，或是一软性电路板(flexiblecircuitboard，fcb)。介质基板160具有相对的一第一表面e1和一第二表面e2，其中馈入辐射部140和耦合部150都设置于介质基板160的第一表面e1上，而介质基板160的第二表面e2邻近于金属机构件110的槽孔120。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，也可包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。在一些实施例中，介质基板160的第二表面e2与金属机构件110互相贴合，其中介质基板160延伸跨越金属机构件110的槽孔120。接地面130可以是一接地铜箔(groundcopperfoil)，其可呈现一阶梯状(如图1b所示)。例如，接地面130可耦接至金属机构件110，再由金属机构件110上延伸至介质基板160的第一表面e1上。馈入辐射部140可以大致呈现一直条形。馈入辐射部140具有一馈入点(feedingpoint)fp，其可耦接至一信号源(signalsource)199。例如，信号源199可为一射频(radiofrequency，rf)模块，而馈入辐射部140可延伸跨越金属机构件110的槽孔120，以激发天线结构100。馈入辐射部140具有互相远离的一第一端141和一第二端142，其中馈入部140的第一端141和第二端142为二开路端(openend)。在一些实施例中，馈入辐射部140具有一不等宽结构。例如，馈入辐射部140可包括一较窄部分143和一较宽部分144，其中较窄部分143邻近于馈入辐射部140的第一端141，而较宽部分144邻近于馈入辐射部140的第二端142。详细而言，馈入辐射部140的较宽部分144于金属机构件110上具有一垂直投影(verticalprojection)，其中此垂直投影与槽孔120至少部分重叠。另外，馈入辐射部140的较窄部分143于金属机构件110上具有一垂直投影，其中此垂直投影可与槽孔120部分重叠，或可完全不与槽孔120重叠。在一些实施例中，馈入辐射部140还包括耦接至较窄部分143的一第一突出部分145，而接地元件130还包括一第二突出部分135，其中第一突出部分145和第二突出部分135可大致朝互相靠近的方向作延伸。第一突出部分145和第二突出部分135可以各自大致呈现一矩形或一正方形。在一些实施例中，馈入点fp位于馈入辐射部140的第一突出部分145上，并耦接至信号源199的一正极(positiveelectrode)，而一接地点(groundingpoint)gp位于接地元件130的第二突出部分135上，并耦接至信号源199的一负极(negativeelectrode)。必须注意的是，前述的第一突出部分145和第二突出部分135都属于选用元件(optionalelement)，在其他实施例中也可移除之。耦合部150可以具有一蜿蜒结构(meanderingstructure)。例如，耦合部150可大致呈现一w字形，但也不仅限于此。耦合部150邻近于馈入辐射部140，其中馈入辐射部140的较宽部分144和耦合部150之间可形成一耦合间隙(couplinggap)gc1。详细而言，耦合部150具有一第一端151和一第二端152，其中耦合部150的第一端151耦接至切换电路170，而耦合部150的第二端152为一开路端，其可延伸于馈入辐射部140和接地元件130之间。在一些实施例中，耦合部150于金属机构件110上具有一垂直投影，其中此垂直投影与槽孔120的第一闭口端121至少部分重叠，以微调天线结构100的阻抗匹配(impedancematching)。切换电路170包括一第一金属部(metalelement)180、一第二金属部190、一电抗元件(reactanceelement)185、一电容器(capacitor)c，以及一二极管(diode)d。第一金属部180可以大致呈现一直条形。第一金属部180包括一第一部分181和一第二部分182，其中第一金属部180的第一部分181耦接至耦合部150的第一端151。电抗元件185内嵌于第一金属部180中，其中电抗元件185串联耦接于第一金属部180的第一部分181和第二部分182之间。例如，电抗元件185可包括一电感器(inductor)l，其可为一固定电感器(fixedinductor)或一可变电感器(variableinductor)，但也不仅限于此。第二金属部190也可大致呈现一直条形，其中第二金属部190可与第一金属部180大致互相平行。第二金属部190的一中间部分可经由电容器c耦接至接地元件130。在一些实施例中，天线结构100还包括一电压产生器(未显示)，其可根据一处理器指令来产生及调整一控制电压(controlvoltagedifference)vd。第一金属部180和第二金属部190可用于接收前述的控制电压vd。二极管d耦接于第一金属部180和第二金属部190之间，其中二极管d根据控制电压vd来选择性地导通(turnedon)或不导通(turnedoff)。详细而言，二极管d具有一阳极(anode)和一阴极(cathode)，其中二极管d的阳极耦接至第一金属部180，而二极管d的阴极耦接至第二金属部190。然而，本发明并不仅限于此。在其他实施例中，也可改为二极管d的阳极耦接至第二金属部190，而二极管d的阴极耦接至第一金属部180，其中控制电压vd的极性可对应地改变。图2a显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的电压驻波比(voltagestandingwaveratio，vswr)图。在图2a的实施例中，当控制电压vd变小时(例如，控制电压vd可等于0v)，二极管d不导通且天线结构100可涵盖一第一频率区间(frequencyinterval)fv1。图2b显示根据本发明另一实施例所述的天线结构100的电压驻波比图。在图2b的实施例中，当控制电压vd变大时(例如，控制电压vd可大于1.5v)，二极管d导通且天线结构100可涵盖高于第一频率区间fv1的一第二频率区间fv2。例如，第一频率区间fv1可介于2400mhz至2470mhz之间，而第二频率区间fv2可介于2430mhz至2500mhz之间。根据图2a、图2b的测量结果可知，天线结构100整体可涵盖一操作频带，其可介于2400mhz至2500mhz之间，或(且)可介于5150mhz至5850mhz之间。因此，天线结构100可支持wlan(wirelesslocalareanetworks)2.4ghz/5ghz的宽频操作，其中切换电路170主要用于增加天线结构100的低频操作频宽。在一些实施例中，天线结构100的操作原理可如下列所述。金属机构件110及其槽孔120由馈入辐射部140所激发，以形成前述的操作频带。耦合部150和馈入辐射部140之间会产生互相耦合效应，故可由此微调前述操作频带的范围。根据实际测量结果，当二极管d不导通时，耦合部150为浮接(floating)状态并提供较短的耦合长度，使得第一频率区间fv1往相对低频方向作移动；而当二极管d导通时，耦合部150为接地(grounded)状态并提供较长的耦合长度，使得第二频率区间fv2往相对高频方向作移动。对天线结构100而言，电容器c可视为一短路路径(short-circuitedpath)，其可用于阻挡低频接地噪声；而电感器l可视为一断路路径(open-circuitedpath)，其可用于阻挡高频共振电流。另一方面，馈入辐射部140的第一突出部分145和接地元件130的第二突出部分135则有助于降低天线结构100的制造及焊接困难度。若第一突出部分145和第二突出部分135被省略，则馈入点fp和接地点gp可分别移动至馈入辐射部140的任一边缘处和接地元件130的任一边缘处，但不致影响本发明的效果。图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的辐射效率(radiationefficiency)图，其中一第一曲线cc1代表二极管d不导通时天线结构100的辐射效率，而一第二曲线cc2代表二极管d导通时天线结构100的辐射效率。根据图3的测量结果可知，在前述操作频带内(例如，由2400mhz至2500mhz，再由5150mhz至5850mhz)，天线结构100的辐射效率均可达30％或更高，此已可符合一般移动通讯装置的实际应用需求。在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。槽孔120的长度l1(由第一闭口端121至第二闭口端122的长度l1)可大致等于天线结构100的操作频带的最低频率(例如：2400mhz)的0.5倍波长(λ/2)。馈入辐射部140的长度l2(由第一端141至第二端142的长度l2)可大致等于天线结构100的操作频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。在馈入辐射部140中，较宽部分144的宽度w2可为较窄部分143的宽度w1的1至2倍(例如：1.5倍)。耦合部150的长度l3(由第一端151至第二端152的长度l3)可大致等于天线结构100的操作频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。耦合间隙gc1的宽度可介于0mm至3mm之间(例如：1mm)。另外，由第一金属部180的第一部分181起，通过二极管d、第二金属部190，以及电容器c，再至接地元件130形成一可切换接地路径(switchablegroundingpath)，其长度l4也可大致等于天线结构100的操作频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。因此，当二极管d1导通时，耦合部150的总耦合长度可视为前述长度l3和长度l4的总和，亦即，天线结构100的操作频带的最低频率的0.5倍波长(λ/2)。电感器l的电感值(inductance)可介于100nh至200nh之间(例如：120nh)。电容器c的电容值(capacitance)可介于2pf至3pf之间(例如：2.7pf)。二极管d的切入电压(cut-involtagedifference)可约为0.7v。以上元件的参数范围是根据多次实验结果而计算得出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽(operationbandwidth)和阻抗匹配。图4显示根据本发明另一实施例所述的天线结构400的俯视图。图4和图1a相似。在图4的实施例中，天线结构400的一耦合部450大致呈现相对简单的一l字形。耦合部450具有一第一端451和一第二端452，其中耦合部450的第一端451耦接至切换电路170的第一金属部180，而耦合部450的第二端452为一开路端，其可延伸于馈入辐射部140和接地元件130之间。耦合部450的长度l5可大致等于天线结构400的操作频带的最低频率的0.25倍波长(λ/4)。根据实际测量结果，即使耦合部450不具有复杂的蜿蜒结构，天线结构400仍可支持前述的宽频操作。图4的天线结构400的其余特征都与图1a、图1b的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构500的俯视图。图5和图1a相似。在图5的实施例中，天线结构500的一切换电路570包括一第一金属部580、一第二金属部590、一电感器l、一电容器c，以及一二极管d，其连接方式和图1a的切换电路170相似。与图1a的实施例的主要差异在于，切换电路570邻近于馈入辐射部140的较窄部分143，而非邻近于馈入辐射部140的较宽部分144。在此设计下，介于5150mhz至5850mhz之间的操作频带也可通过切换二极管d来进行调整，从而可增加天线结构500的高频操作频宽。图5的天线结构500的其余特征都与图1a、图1b的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。图6显示根据本发明另一实施例所述的天线结构600的俯视图。图6和图1a相似。在图6的实施例中，天线结构600的一切换电路670包括一第一金属部680、一第二金属部690、一第一电阻器(resistor)r1、一第二电阻器r2，以及一双极性接面晶体管(bipolarjunctiontransistor，bjt)650。第一金属部680可以大致呈现一直条形。第一金属部680包括一第一部分681和一第二部分682，其中第一金属部680的第一部分681耦接至耦合部150的第一端151。第一电阻器r1内嵌于第一金属部680中，其中第一电阻器r1串联耦接于第一金属部680的第一部分681和第二部分682之间。第二金属部690也可大致呈现一直条形。第二电阻器r2内嵌于第二金属部690中，其中第二电阻器r2串联耦接于第二金属部690的第一部分691和第二部分692之间。第一金属部680和第二金属部690可用于接收前述的控制电压vd。双极性接面晶体管650可为npn型，其可根据控制电压vd来进行操作。详细而言，双极性接面晶体管650具有一射极(emitter)、一基极(base)，以及一集极(collector)，其中双极性接面晶体管650的射极耦接至接地元件130，双极性接面晶体管650的基极耦接至第二金属部690的第一部分691，而双极性接面晶体管650的集极耦接至第一金属部680的第一部分681。然而，本发明并不仅限于此。在其他实施例中，双极性接面晶体管650也可改为pnp型，其中控制电压vd的极性可对应地改变。第一电阻器r1的电阻值(resistance)可介于0ω至1000kω之间，例如：100kω。第二电阻器r2的电阻值可介于0ω至1000kω之间，例如：1kω。在此设计下，双极性接面晶体管650可根据控制电压vd来选择性地耦接第一金属部680至第二金属部690，而第一电阻器r1和第二电阻器r2可用于抑制低频接地噪声和高频共振电流。图6的天线结构600的其余特征都与图1a、图1b的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。图7显示根据本发明一实施例所述的移动装置700的示意图。在图7的实施例中，移动装置700包括一天线结构750，其可为图1a～图6的任一实施例所述的天线结构。举例而言，移动装置可为整合前述天线结构的一智能型手机、一平板计算机，或是一笔记型计算机，但也不仅限于此。本发明提出一种新颖的天线结构，其仅用单一槽孔和切换电路即能涵盖宽频带操作。当此天线结构应用于整合一金属机构件的移动装置时，由于金属机构件可视为天线结构的一延伸部分，故能有效避免金属机构件对移动装置的通讯品质产生负面影响。另需注意的是，本发明可在不用于金属机构件上开挖任何天线窗(antennawindow)的情况下，更进一步改良移动装置的外观设计。总而言之，本发明能兼得小尺寸、宽频带，以及美化装置外型的优势，故其很适合应用各种窄边框(narrowborder)的移动通讯装置当中。值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状、元件参数，以及频率范围都非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的天线结构和移动装置并不仅限于图1a～图7所图示的状态。本发明可以仅包括图1a～图7的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言的，并非所有图示的特征均需同时实施于本发明的天线结构和移动装置当中。在本说明书以及权利要求中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。当前第1页12当前第1页12